【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及细胞体外培养领域，更具体地涉及一种细胞培养监测系统。
技术介绍
1、传统的细胞体外培养已经被广泛应用于药物、外源性物质和化学物质的代谢和毒性研究。然而，这种培养方式下细胞只能在静态培养基中二维生长，与生物体内的生理环境具有较大的差异。因此，近年来多种技术与模型相继被开发出来用于模拟体内的生理微环境，包括三维结构构建、灌流培养、多细胞共培养和器官芯片等。然而，无论何种技术或模型，细胞培养都是最基础但却最重要的部分。
2、在涉及细胞培养的生物芯片构建过程中，通常会对芯片内的细胞进行观测来表征其生理功能状态，常见的方法为显微镜下观察细胞的生长状况。然而，目前的生物芯片培养系统在观测上存在两个问题。首先，芯片中的细胞需要在细胞培养箱中在恒温恒co2浓度条件下进行培养，传统的观测方法是将芯片从培养箱中取出放置在大型的显微镜下进行观察。该方式会改变细胞所处的外界环境，并且可能会引入细菌等污染物，影响细胞功能状态。其次，显微镜体积较大，集成在细胞培养箱内较为困难，传统的观测方法如果想要多次观察细胞及培养基颜色，需要引入过多的人工操作，无法实现对细胞的连续实时监测。
3、细胞培养通常对营养条件和环境因素有着极高的要求，其中一个较为重要的参数就是培养基中的ph值。它可以反映出细胞的生长速度、环境中的co2浓度以及是否存在细菌污染，还会对物质的跨膜运输、细胞外基质的合成等功能产生影响。对于大多数的人类细胞而言，ph7.2-7.4是一个较为舒适的生理环境，但是对于其它细胞或一些特殊情况，ph值也会在区间外产生波动
4、由于细胞培养基中添加了苯酚红，其颜色会随着ph值的改变而变化，因此，常用的ph值测量方法是通过人的眼镜进行观察。但是对于生物芯片系统来讲，由于芯片内部的溶液体积相对较少，这种颜色的变化很难通过人眼分辨。基于金属氧化物的电位式ph传感器也是一种常见的监测方法，其具有制作简单和易集成的特点，但其准确度依赖于参比电极的稳定性。并且长期暴露于液体环境下，可能会对培养基甚至是细胞产生影响。随着人工智能的发展，基于机器视觉技术的ph监测算法通过提取培养板中细胞液的颜色特征，建立了ph和hsv颜色模型之间的数学关系，通过这种方式实现对ph的非侵入式监测。但是，该方法同样是要基于样本颜色有明显差异时才会起作用，对于生物芯片系统来说，往往在腔室中仅有几微升的培养基，无法满足该方法的使用条件。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种细胞培养监测系统，无需将生物芯片从培养箱中取出即可实现对生物芯片内的细胞的连续实时监测。
2、基于上述目的，本专利技术提供一种细胞培养监测系统，包括相连的微型显微镜和控制装置，所述微型显微镜设置为获取生物芯片内的细胞的放大图像并将所述细胞的放大图像发送至所述控制装置，所述控制装置设置为接收并显示所述细胞的放大图像。
3、进一步地，所述微型显微镜包括镜头和图像传感器，所述镜头用于将被摄物体的物像放大并投影在所述图像传感器上，所述图像传感器用于将所述物像的第一光信号转换为第一电信号，并将所述第一电信号转换为第一数字信号后传输至所述控制装置。
4、进一步地，所述镜头和所述图像传感器通过外接管相连；和/或
5、所述微型显微镜通过将网络摄像头的镜头倒置而得到。
6、进一步地，所述生物芯片放置在载物台上，所述载物台安装在支撑装置上，所述支撑装置包括底座和支撑柱，所述载物台安装在所述支撑柱上并可相对于所述支撑柱沿竖直方向移动，所述底座上设有光学平台，所述微型显微镜放置在所述光学平台上，并位于所述生物芯片的正下方，所述光学平台设置为调节所述微型显微镜和所述生物芯片之间的距离；所述载物台上设有第一光源，用于向生物芯片发射光。
7、进一步地，所述控制装置还设置为根据所述细胞的放大图像获得细胞的荧光图像和/或细胞的跳动幅度。
8、进一步地，根据所述细胞的放大图像获得细胞的荧光图像，具体包括：
9、对所述细胞的放大图像进行红绿蓝分离，得到放大图像的红绿蓝分量；
10、将所述细胞的放大图像减去放大图像的红绿蓝分量中的两个分量，得到细胞的荧光图像。
11、进一步地，根据细胞的放大图像获得细胞的跳动幅度，具体包括：
12、获取第一预设时刻的细胞的放大图像和第一预设时刻之前的第二预设时刻的细胞的放大图像；
13、分别对所述第一预设时刻和所述第二预设时刻的细胞的放大图像进行二值化处理，得到第一预设时刻的细胞灰度图像和第二预设时刻的细胞灰度图像；
14、将所述第一预设时刻的细胞灰度图像的每个像素点的像素值减去所述第二预设时刻的细胞灰度图像的对应像素点的像素值，得到相减后的灰度图像；
15、统计相减后的灰度图像中的白色像素点的数量，作为所述第一预设时刻相对于所述第二预设时刻的细胞跳动幅度。
16、进一步地，还包括ph检测装置，用于检测所述生物芯片的培养基的ph值；所述控制装置与所述ph检测装置相连，以接收并显示所述ph检测装置发送的ph值；所述ph检测装置包括从上至下依次设置的夹板、进样板、滤光板和电路板，所述夹板上设有第二光源，所述进样板上开设有容纳槽和注入口，以使所述培养基通过注入口注入所述容纳槽中，所述滤光板上设有滤光片，所述电路板上设有光电二极管和检测电路；所述第二光源向所述容纳槽中的培养基发射光，所述光依次经过所述培养基和所述滤光片后照射在所述光电二极管上，所述光电二极管将第二光信号转换为第二电信号，所述检测电路将所述第二电信号转换为第二数字信号。
17、进一步地，所述进样板和所述滤光板之间设有遮光板，所述遮光板上设有与所述容纳槽相匹配的缝隙。
18、进一步地，所述控制装置设置为接收所述第二数字信号并根据预先拟合的ph值与第二数字信号之间的关系将所述第二数字信号转换为ph值。
19、本专利技术的细胞培养监测系统，微型显微镜可实时获取培养箱内的生物芯片内的细胞的放大图像，并将其发送至培养箱外的控制装置，由控制装置实时显示，因此无需将生物芯片从培养箱中取出即可实现对生物芯片内的细胞的连续实时监测；ph检测装置通过对经过培养基吸收后的光信号进行处理可得到培养基的ph值，无需对颜色进行观测，对较少体积的培养基也可以检测到其ph值；且无需在培养基中接入电极，可极大地减弱可能发生的生物污染。
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1.一种细胞培养监测系统，其特征在于，包括相连的微型显微镜和控制装置，所述微型显微镜设置为获取生物芯片内的细胞的放大图像并将所述细胞的放大图像发送至所述控制装置，所述控制装置设置为接收并显示所述细胞的放大图像。
2.根据权利要求1所述的细胞培养监测系统，其特征在于，所述微型显微镜包括镜头和图像传感器，所述镜头用于将被摄物体的物像放大并投影在所述图像传感器上，所述图像传感器用于将所述物像的第一光信号转换为第一电信号，并将所述第一电信号转换为第一数字信号后传输至所述控制装置。
3.根据权利要求2所述的细胞培养监测系统，其特征在于，所述镜头和所述图像传感器通过外接管相连；和/或
4.根据权利要求1所述的细胞培养监测系统，其特征在于，所述生物芯片放置在载物台上，所述载物台安装在支撑装置上，所述支撑装置包括底座和支撑柱，所述载物台安装在所述支撑柱上并可相对于所述支撑柱沿竖直方向移动，所述底座上设有光学平台，所述微型显微镜放置在所述光学平台上，并位于所述生物芯片的正下方，所述光学平台设置为调节所述微型显微镜和所述生物芯片之间的距离；所述载物台上设有第一光源
5.根据权利要求1所述的细胞培养监测系统，其特征在于，所述控制装置还设置为根据所述细胞的放大图像获得细胞的荧光图像和/或细胞的跳动幅度。
6.根据权利要求5所述的细胞培养监测系统，其特征在于，根据所述细胞的放大图像获得细胞的荧光图像，具体包括：
7.根据权利要求5所述的细胞培养监测系统，其特征在于，根据细胞的放大图像获得细胞的跳动幅度，具体包括：
8.根据权利要求1所述的细胞培养监测系统，其特征在于，还包括pH检测装置，用于检测所述生物芯片的培养基的pH值；所述控制装置与所述pH检测装置相连，以接收并显示所述pH检测装置发送的pH值；所述pH检测装置包括从上至下依次设置的夹板、进样板、滤光板和电路板，所述夹板上设有第二光源，所述进样板上开设有容纳槽和注入口，以使所述培养基通过注入口注入所述容纳槽中，所述滤光板上设有滤光片，所述电路板上设有光电二极管和检测电路；所述第二光源向所述容纳槽中的培养基发射光，所述光依次经过所述培养基和所述滤光片后照射在所述光电二极管上，所述光电二极管将第二光信号转换为第二电信号，所述检测电路将所述第二电信号转换为第二数字信号。
9.根据权利要求8所述的细胞培养监测系统，其特征在于，所述进样板和所述滤光板之间设有遮光板，所述遮光板上设有与所述容纳槽相匹配的缝隙。
10.根据权利要求8所述的细胞培养监测系统，其特征在于，所述控制装置设置为接收所述第二数字信号并根据预先拟合的pH值与第二数字信号之间的关系将所述第二数字信号转换为pH值。
...【技术特征摘要】
1.一种细胞培养监测系统，其特征在于，包括相连的微型显微镜和控制装置，所述微型显微镜设置为获取生物芯片内的细胞的放大图像并将所述细胞的放大图像发送至所述控制装置，所述控制装置设置为接收并显示所述细胞的放大图像。
2.根据权利要求1所述的细胞培养监测系统，其特征在于，所述微型显微镜包括镜头和图像传感器，所述镜头用于将被摄物体的物像放大并投影在所述图像传感器上，所述图像传感器用于将所述物像的第一光信号转换为第一电信号，并将所述第一电信号转换为第一数字信号后传输至所述控制装置。
3.根据权利要求2所述的细胞培养监测系统，其特征在于，所述镜头和所述图像传感器通过外接管相连；和/或
4.根据权利要求1所述的细胞培养监测系统，其特征在于，所述生物芯片放置在载物台上，所述载物台安装在支撑装置上，所述支撑装置包括底座和支撑柱，所述载物台安装在所述支撑柱上并可相对于所述支撑柱沿竖直方向移动，所述底座上设有光学平台，所述微型显微镜放置在所述光学平台上，并位于所述生物芯片的正下方，所述光学平台设置为调节所述微型显微镜和所述生物芯片之间的距离；所述载物台上设有第一光源，用于向生物芯片发射光。
5.根据权利要求1所述的细胞培养监测系统，其特征在于，所述控制装置还设置为根据所述细胞的放大图像获得细胞的荧光图像和/或细胞的跳动幅度。
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【专利技术属性】
技术研发人员：毛红菊，李泽宁，周麟，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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